[发明专利]一种利用脂肪胺溶液法改性制备有机蒙脱石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用脂肪胺溶液法改性制备有机蒙脱石的方法，属于蒙脱石改性技术领域。 

背景技术

蒙脱石是我国蕴藏量丰富，且应用广泛的一种粘土矿物，广泛应用于日用化工、环境保护、医药、饲料添加剂、催化、塑料、橡胶、造纸、电绝缘材料等领域。其中，由于蒙脱石的加入可以显著提高高分子材料的耐热性、阻燃性、耐老化性、阻隔性和力学性能等，因此，蒙脱石在橡胶和塑料中的应用已经逐渐成为蒙脱石的重要应用领域。 

蒙脱石是典型的层状硅酸盐，由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成单位晶层，属于2:1型的层状结构，晶层之间沿C轴方向重叠。单位晶层的厚度约为1nm，长和宽各约100nm，层间距d(001)约为1.2～1.6nm。天然蒙脱石在形成过程中，一部分位于中心层的Al被低价的金属离子如Fe、Zn、Cu、Li、Cr等置换，而使蒙脱石具有弱的电负性。为了维持电中性，蒙脱石层间具有平衡电荷的充填阳离子如Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等。 

有机阳离子如有机铵盐可取代这些阳离子而进入蒙脱石层间，由于有机铵盐具有长碳链或芳环，使蒙脱石层间距急剧增大，形成插层改性，同时蒙脱石还从亲水性变为亲油性。在与塑料和橡胶等聚合物复合时，有机蒙脱石的亲油性使其表面能降低，从而改善了聚合物与蒙脱石的相容性，增强了两相间的界面结合；而且由于蒙脱石层间距的扩大，聚合物分子很容易插入层间，使蒙脱石以片层形式分散于高分子材料中，极大提高高分子材料的力学性能和阻隔性能。 

与普通增强填料相比，由于只需加入极少量的有机蒙脱石，便可使塑料或橡胶具有相当高的比强度、弹性模量、韧性及阻隔性能。因此，蒙脱石在高分子材料领域有着良好的应用价值和广阔的发展空间。 

对于蒙脱石的插层有机改性研究与生产，目前主要采用固相改性和溶液法改性，固相改性虽然工艺简单，但是插层改性效果较差，未能在塑料或橡胶工业中投入生产应用。目前应用于高分子材料中的有机蒙脱石仍然依赖于溶液法改性。溶液法改性的蒙脱石插层效果好，能有效提高塑料或橡胶的性能。但溶液法改性存在的问题是，采用的改性剂目前仍停留在成本很高的烷基季铵盐系列上，导致有机蒙脱石的生产成本过高，从而限制了蒙脱石在高分子材料领域中的应用。 

发明内容

针对现有蒙脱石溶液法有机改性中存在的问题，本发明提供一种利用脂肪胺溶液法改性制备有机蒙脱石的方法，该方法成本低廉、工艺简单、改性效果显著。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用脂肪胺溶液法改性制备有机蒙脱石的方法，其特征在于它包括以下步骤： 

1)蒙脱石悬浮液的制备：将蒙脱石与蒸馏水按质量比例1∶(10～35)混合，加热至60～100℃搅拌，制得蒙脱石悬浮液； 

2)脂肪胺的酸化：按脂肪胺与蒸馏水的质量比为1∶(10～30)，将脂肪胺加入到蒸馏水中，加热至70～100℃，待浮于水面的脂肪胺熔融，然后按脂肪胺与无机酸的摩尔比为1∶(1～1.5)加入无机酸，搅拌，直至脂肪胺溶入水中，完全生成白色乳液，制备出脂肪胺酸化后的胺盐溶液； 

3)蒙脱石进行插层改性：按照脂肪胺与蒙脱石质量比例(0.1～0.6)∶1，选取脂肪胺酸化后的胺盐溶液和蒙脱石悬浮液；将脂肪胺酸化后的胺盐溶液加入到蒙脱石悬浮液中，反应温度60～100℃，搅拌反应2～12个小时，使脂肪胺酸化后形成的胺盐插入到蒙脱石层间，得到插层改性蒙脱石； 

4)有机化蒙脱石的纯化：将步骤3)中制得的插层改性蒙脱石采用70～100℃热水反复洗涤至滤液中无气泡产生(滤掉未插层的胺盐)，抽滤，在60～100℃干燥6～24小时，得到有机化蒙脱石。 

按上述方案，所述蒙脱石优选钠基蒙脱石。 

按上述方案，所述脂肪胺为长链烷基伯胺或长链烷基叔胺，长链所含碳数为10～24。 

按上述方案，所述长链烷基伯胺优选十二烷基伯胺，十四烷基伯胺、十六烷基伯胺或十八烷基伯胺。 

按上述方案，所述长链烷基叔胺优选十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺。 

按上述方案，所述无机酸为盐酸或者冰醋酸。